Çoklu metal sistemlerinden krom (VI), bakır (II), demir (III) iyonlarının R.arrhizusla biyosorpsiyonunun dolgulu kolon reaktörde incelenmesi

Abstract

ÖZET Bu tez çalışmasında, Cr(VI), Fe(III) ve Cu(II) iyonlannın tek, ikili ve üçlü metal karışımlarından Rhizopus arrhizus' a simültane biyosorpsiyonu sürekli çalıştırılan dolgulu kolon reaktörlerde incelenmiştir. Çalışmaların ilk aşamasında, tekli metal sistemlerinden, Cr(VI), Fe(III) ve Cu(II) iyonlarının yarışmasız biyosorpsiyonu dolgulu kolonlarda, akış hızı ve giriş metal iyonu konsantrasyonunun fonksiyonu olarak incelenmiştir. Cr(VI) ve Fe(III) iyonları için en yüksek kolon kapasiteleri pH 2.0'de elde edilirken, Cu(II) iyonlannın pH 4.0'de mikroorganizma tarafından yüksek adsorpsiyon kapasitesi ile adsorplandığı saptanmıştır. Tüm metal iyonları için optimum akış hızı 1.2 ml dak olarak bulunmuştur. Kolon çalışmalarının ikinci basamağında, ikili metal karışımlarından, Cr(VI)-Fe(III) yarışmalı biyosorpsiyonu ve Cr(VI)-Cu(II) iyonlannın kısmi yarışmalı biyosorpsiyonu pH' in ve metal konsantrasyon düzeylerinin fonksiyonu olarak incelenmiş ve tek metal iyonu durumu ile karşılaştınlmıştır. Kırılma (breakthrough) eğrileri besleme çözeltilerindeki metal iyonu konsantrasyonlarının farklı kombinasyonlarının fonksiyonu olarak elde edilmiştir. Kolon yarışmalı biyosorpsiyon verileri, kolonun maksimum (denge) kapasitesi, R. arrhizus yüzeyine yüklenen metal miktarı, adsorpsiyon verimi terimlerinde değerlendirilmiştir. Maksimum kolon kapasiteleri Cr(VI)-Fe(III) biyosorpsiyon ortamında Cr(VI) için 45.7-90.9 mg g`1, Fe(III) için 6.8-36.5 mg g`1 aralığında; Cr(VI)-Cu(II) biyosorpsiyon ortamında pH 2.0 de Cr(VI) için 33.8-62.3 mg g`1, Cu(II) için 0.98-4.7 mg g`1; pH 4.0 de ise Cr(VI) için 14.3-35.1 mg g`1, Cu(II) için 10.4-30.1 mg g`1 aralığında bulunmuştur. Biyosorpsiyon çalışmalarının son aşamasında, Cr(VI), Fe(III) ve Cu(II) iyonları üçlü metal karışımlarından simültane olarak giderilmiştir. pH değeri Cr(VI) ve Fe(III) iyonlannın simültane biyosorpsiyonu için optimum değer olan 2.0' de sabit tutulmuştur. Üçlü biyosorpsiyonu etkileyen parametreleri araştırmakta kullanılan deneysel yöntem, iki bileşenli sistemlerinki ile aynı olmuştur. Üçlü metal karışımlarında, Cr(VI) iyonlan seçimli olarak adsorplanmıştır. Tek iyon durumu için yarışmasız, Cr(Vı)-Fe(IH), Cr(VI)-Cu(II) iyonlarının çok bileşenli adsorpsiyon dengesi için yarışmalı adsorpsiyon izotermleri geliştirilmiştir. Tek bileşenli sistemlerde yarışmasız Freundlich modelinin, iki bileşenli karışımlarda yarışmalı Freundlich modelinin kolon adsorpsiyon denge verilerinin çoğunu tatmin edici bir şekilde temsil ettiği görülmüştür. Çok bileşenli Freundlich adsorpsiyon sabitleri ve düzeltme faktörleri hesaplanmıştır. Ortalama yüzde hatalar Cr(VI)-Fe(III) iyon çiftinde Cr(VI) ve Fe(III) için sırasıyla % 8.06, % 5.11; Cr(VI)-Cu(II) iyon çiftinin pH 2.0 durumunda Cr(VI) ve Cu(H) için sırasıyla % 3.07, % 5.05; pH 4.0 durumunda Cr(VI) ve Cu(II) için sırasıyla % 1.76, % 4.70 olarak bulunmuştur. Anahtar kelimeler: Endüstriyel atıksu, biyosorpsiyon, Rhizopus arrhizus, bakır(II), krom(VI), demir(ni).

ABSTRACT In this thesis, the simultaneous biosorption of Cr(VI), Fe(HI) and Cu(II) ions from single, binary and ternary metal mixtures on Rhizopus arrhizus was investigated in packed column reactor operating in a continuous mode. In the first stage of studies, the non-competitive biosorption of Cr(VI), Fe(III) and Cu(II) ions from mono-metal systems was investigated in a packed column as a function of flow rate and inlet metal ion concentration. Maximum column capacities were obtained for Cr(VI) and Fe(III) at pH 2.0, and for Cu(II) at pH 4.0. For all metal ions, optimum flow rate was found as 1.2 ml min`1. In the second stage of the column studies, the competitive biosorption of Cr(VI)- Fe(III) and the partial competitive biosorption of Cr(VI)-Cu(II) from binary metal mixtures were investigated as a function of pH and metal concentration, and compared to single metal ion system. The breakthrough curves were obtained as a function of different combinations of metal ion concentrations in the feed solution. Column competitive biosorption data were evaluated in terms of maximum (equilibrium) capacity of the column, the amount of metal loading on R. arrhizus surface and the adsorption yield. The maximum column capacities for Cr(VI) and Fe(III) in Cr(VI) -Fe(III) ion mixtures were determined in the range of 45.7-90.9 mg g`/ 6.8-36.5 mg g`1, respectively; for Cr(VI) and Cu(II) in the Cr(VI)-Cu(II) ion mixtures at pH 2.0 are, in the range of 33.8-62.3 mg g`1, 0.98-4.7 mg g`1; at pH 4.0 14.3-35.1 mgg`1, 10.4-30.1 mgg`1, respectively. In the last stage of the biosorption studies, Cr(VI), Fe(III) and Cu(II) ions were removed from ternary mixtures simultaneously by R. arrhizus. pH was kept constant at 2.0, the optimum value for the simultaneous biosorption of Cr(VI) and Fe(III) ions. The experimental method which was used to investigate the parameters affecting ternary biosorption was the same as that of two-component systems. In ternary metal mixtures, Cr(VI) ions were adsorbed selectively. The adsorption isotherms were developed for optimum conditions in the single-ion situation and the adsorption equilibrium data were found to fit the non-competitive Freundlich model. For the multi-component adsorption equilibria of Cr(VI) and Fe(III) ions, the competitive adsorption isotherms were also developed. The competitive Freundlich model for binary metal mixtures represented satisfactorily most of column adsorption equilibrium data of Cr(VI) and Fe(III) on R. arrhizus. Multi-component Freundlich adsorption constants and correction factors were calculated. The average percentage of errors for Cr(VI) and Fe(III) in Cr(VI) - Fe(III) ion mixtures were calculated as 8.06 %-, 5.11 %, respectively; 3.07 %, 5.05 %; for Cr(VI) and Cu(II) at pH 2.0, and finally 1.76 %, 4.07 %, at pH 4.0. Key words: Industrial wastewater, biosorption, Rhizopus arrhizus, copper(II), iron(III), chromium(VT).